國際油價波動背景下中國石油安全評價研究

劉浩旻，張在旭

(中國石油大學(華東)經濟管理學院，山東青島266580)

一、引言

石油安全是國家能源安全戰(zhàn)略的核心，是指無論國際油價如何變化，都能保證石油連續(xù)供給滿足國家政治、經濟、社會及生態(tài)等多方面的需要。近年來國際油價劇烈波動，特別是從2014年下半年開始國際油價加速下跌，對中國的經濟及石油安全等各方面產生了很大影響。［1］隨著中國經濟發(fā)展進入新常態(tài)，大力推行替代能源，石油需求增速放緩，但中國石油對外依存度在2017年仍達到67.4%，因此中國石油安全面臨著諸多挑戰(zhàn):一是國內石油總體進入低品位資源勘探開發(fā)的新階段，產量大幅增長難度大;二是原油進口主要集中在中東等地緣政治不穩(wěn)定地區(qū)，海上運輸過于依賴馬六甲海峽，陸上跨國管道存在突發(fā)事件等風險;三是石油儲備規(guī)模及應急響應水平、國際石油合作質量還不能完全適應近年來國際油價波動幅度加大、頻率加快的市場格局。面對全球能源格局深刻調整、國際油價劇烈波動的復雜外部環(huán)境，本文運用四元集成及熵技術模型對中國石油安全狀況進行評價，對保障和提升中國石油安全程度有重要意義。

二、文獻綜述

近年來，國內外學者對石油安全評價問題進行了大量的研究，可分為如下兩個主要方面:一是石油安全評價指標的研究。學者們主要從資源稟賦、供給保障、需求消費等層面來構建石油安全評價指標體系，但從影響中國石油安全的主導因素來看，研究各有側重。Chang等對中國能源安全評價指標進行了更新，主要包括資源可利用性、技術適應性、社會接受度和資源承受能力，擺脫了以往固定評價框架。［2］Kanchana等針對東盟9國，對石油安全評價界定在供給、社會及環(huán)境三個方面，并選取了35個指標對石油安全狀況進行了評價分析。［3］何賢杰等從國內資源保障能力、國內生產供給能力、國際市場供給能力、國家應急調控能力、國際安全控制能力等6個方面對石油安全進行了定量評價。［4］劉健等基于非傳統(tǒng)安全視角，從經濟安全、社會安全和環(huán)境安全三方面，選取石油自給率、戰(zhàn)略儲備規(guī)模等21個指標，對中國石油安全狀況進行實證分析，并與國際水平進行比較。［5］周新軍認為隨著信息技術的不斷發(fā)展，以及全球能源生態(tài)環(huán)境保護的不斷推行，能源安全范疇將不斷進行擴充，這對當前階段石油安全界定提供了依據(jù)。［6］二是石油安全評價方法的研究。對于石油安全評價方法的研究類型繁多，比如Eta－Macrom模型、Wharton模型、投入產出模型等。李桂東等運用熵值法對中國石油安全進行了綜合評價，并利用GM(1，1)模型對未來5年石油安全水平進行了預測。［7］郭偉等運用因子分析法與3西格瑪法則對中國的能源安全進行了評價。［8］范秋芳等運用BP神經網(wǎng)絡、層次分析法和模糊綜合評價模型對中國石油安全進行了評價和預警。［9-10］呂軍等基于熵值法(EM)、粒子群算法(PSO)和支持向量機(SVM)的嵌套模型對中國石油安全進行評價及情景預測。［11］

總之，關于石油安全評價的相關研究很多，由于中國經濟、政治以及生態(tài)保護意識等都在發(fā)生變化，面臨的世界能源格局也在調整，因此，中國石油安全的界定以及評價需要進一步完善。本文嘗試運用四元集成及熵技術模型對中國石油安全狀況進行評價，這是石油安全評價方法上的一個新嘗試，意在為石油安全評價提供一條新的研究思路和方法。

三、四元集成及熵技術模型的基本原理

四元集成法(DHGF)是將德爾斐法(Delphi)、層次分析法(Analytic Hierarchy Process)、灰色聚類法(Gray clustering)、模糊評判法(Fuzzy Evaluating)的成功之處組合運用，將實踐經驗和科學理論相結合的從定性到定量的數(shù)學方法。DHGF方法可以較好地解決在評價過程中指標體系建立不合理和過程復雜操作性差的問題，但在如何減弱專家主觀因素方面還不能做到完全合理化，故引入熵技術對其進行修正。其基本步驟如下:

(一)構建指標體系并確定權重

指標體系構建后，通過層次分析法獲得一個指標權重，熵值法獲得一個指標權重，然后通過組合賦權法獲得最終的指標權重。

1．層次分析法

通過專家對指標體系進行重要性評估，獲得判斷矩陣，其中包含一維指標權重和二維指標權重兩部分。專家確定第i個指標與第j個指標相對重要程度記為aij，則第j個指標與第i個指標相對重要程度記為≤aij≤9，數(shù)值越大說明i比j越重要。判斷矩陣形成后需進行一致性檢驗，然后在一致性檢驗通過的基礎上計算指標權數(shù):

式中，aij表示判斷矩陣的元素，1≤i，j≤m。最后得出指標權重:

2．熵值法

熵值法是根據(jù)原始指標數(shù)據(jù)確定權重的一種方法，運算過程沒有主觀因素干擾，是一種客觀賦權法。

首先，通過對指標數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)m×n(1≤i≤m，1≤j≤n)進行0～1的標準化處理得到標準化矩陣

然后再進行歸一化處理，其結果即每個指標出現(xiàn)概率為:

可計算第i個評價指標條件熵值。當pij值太過集中時，需要對條件熵值進行歸一化處理。根據(jù)公式得出第i個指標的差異系數(shù)，其中差異系數(shù)與熵值大小成反比。

最后，根據(jù)公式

確定指標熵值法權重。

3．組合賦權法

通過求得的層次分析法權重W1i與熵值法權重W2i運用公式

計算得出指標權重的最終結果。

(二)用灰色聚類分析計算評價權矩陣

1．確定指標數(shù)據(jù)矩陣

根據(jù)構建的指標體系，搜集原始指標數(shù)據(jù)，整理計算得出的指標數(shù)據(jù)并以此作為指標數(shù)據(jù)樣本，得到指標數(shù)據(jù)矩陣:

2．確定評價等級

評價等級的確定是根據(jù)評價對象確定的。V=［V1，V2，…，Vs］表示安全程度等級的大小，其中 s表示等級個數(shù)。

3．確定評估灰類

灰類是在評價等級的基礎上運用白化權函數(shù)確定的。假設xi指標k子類的白化權函數(shù)為(·)，則4)為指標數(shù)據(jù)不同等級的轉折點。因此，典型白化權函數(shù)可記為=］，通常有以下三種表現(xiàn)形式:

4．計算灰色統(tǒng)計數(shù)

將指標數(shù)據(jù)帶入上述白化權函數(shù)中，得出xij在第k個評價等級中的權值fki(xij)(1≤k≤s)，然后根據(jù)式(8)計算得出指標數(shù)據(jù)矩陣的灰色統(tǒng)計數(shù)nik以及總灰色統(tǒng)計數(shù)ni:

(三)利用模糊綜合評判得出評價結果

1．計算模糊綜合評價矩陣

2．得出最終評價結果

計算得出每一年的評價等級矩陣Z，即Z=［z1，z2，…，zs］。然后根據(jù)最大隸屬度原理求出最終的評價結果。

四、基于四元集成及熵技術模型的中國石油安全評價實證分析

(一)石油安全評價指標體系的構建及安全等級劃分

1．石油安全評價指標體系的構建

據(jù)前人的研究成果，結合當前國際和國內的實際情況，按照科學性、系統(tǒng)性、代表性、可操作性的原則，從供給、消費、貿易、地緣政治及生態(tài)5個方面構建15個指標，其中定量指標12個，定性指標3個，見表1。定量指標數(shù)據(jù)主要來自《BP世界能源統(tǒng)計》《IEA能源統(tǒng)計報告》《中國統(tǒng)計年鑒》。定性指標采用專家評分法，專家主要來自石油安全相關研究的專家學者以及在石油行業(yè)工作的業(yè)內人員。

表1 石油安全評價指標

2．石油安全等級的劃分

依據(jù)美國運籌學家 T．L．Saaty的1～9標度法，將石油安全各評價指標分為A級、B級、C級、D級、E級5個等級，分別代表安全、較安全、一般、較危險、危險，分值由9～1代表安全程度遞減。石油安全各個單項評價指標的安全等級的確定主要依據(jù)國際通用標準、國內外經濟和石油經濟發(fā)展現(xiàn)狀以及專家意見，具體如表2所示。

表2 石油安全指標等級與分值

(二)確定石油安全評價指標權重

1．層次分析法確定石油安全評價指標權重

由表1可以看出，構建的石油安全評價指標體系包含5個一級評價指標和15個二級評價指標。將石油安全程度設置為目標層A，將石油供給安全、消費安全、貿易安全、地緣政治安全及生態(tài)安全5個一級指標設為R，將直接影響一級指標的15個二級指標設為X。

根據(jù)層次分析法的基本原理，依據(jù)專家對石油安全評價指標體系各具體指標重要性的評估，可獲得R層、X層評價指標判斷矩陣，運用yaahp層次分析軟件獲得R層基礎指標權重和X層具體指標權重，詳見表3。

表3 層次分析法計算的各指標權重

2．熵值法確定石油安全評價指標權重

(1)標準化數(shù)據(jù)

把整理計算得出的 1996、2000、2005、2011—2017年各指標數(shù)據(jù)對決策矩陣(見表4)X=(xij)m×n做標準化處理，再進行歸一化處理，得到標準化矩陣(見表5)。

表4 1996—2017年石油安全評價指標數(shù)據(jù)

表5 石油安全評價指標數(shù)據(jù)標準化

(2)計算熵值法權值

根據(jù)式(2)～(6)，運用matlab軟件計算石油安全評價指標的熵值法權重值W2i，結果見表6。

3．計算綜合權重

基于表3中根據(jù)層次分析法求得的石油安全評價指標各具體指標權重W1i及表6中運用熵值法求得的石油安全評價具體指標權重W2i，再根據(jù)式(7)可獲得石油安全綜合評價指標權重，結果見表6。根據(jù)四元集成及熵技術模型基本原理確定石油安全評價指標權重后，再用灰色聚類分析研究石油安全模糊評價權矩陣。

表6 熵值法計算石油安全評價指標權重及綜合權重值

(三)灰色聚類分析確定石油安全模糊評價權矩陣

1．石油安全評價指標數(shù)據(jù)矩陣的構建

將表4中的石油安全原始指標數(shù)據(jù)，記為指標數(shù)據(jù)矩陣 X=(xij)m×n(1≤i≤m;1≤j≤n;m=1，2，…，15;n=1，2，…，10)。

2．石油安全評價等級的確定

將中國石油安全等級劃分為5個灰類，分別為:A級、B級、C級、D級、E級，代表的安全程度分別為:安全，較安全，一般，較危險，危險。各指標分類的劃分如表2。

3．石油安全評價灰類的確定

石油安全評價灰類是在石油安全評價等級的基礎上運用白化權函數(shù)確定的?！?(i=1，2，3，…，15;k=1，2，3，4，5)為典型的白化權函數(shù)，其中·)的轉折點。因此，典型的白化權函數(shù)就記為2)，4)］。在此定義下，xi指標的k子類白化權函數(shù)對·)(i=1，2，3，…，15;k=1，2，3，4，5)的具體形式如下:

以石油儲采比評價指標為例，構造的白化權函數(shù)具體表達式為:

其余指標白化權函數(shù)亦可同樣獲得。

4．灰色統(tǒng)計數(shù)及模糊評價權矩陣的確定

將石油安全評價指標數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)m×n各個數(shù)據(jù)帶入到相應的白化權函數(shù)中，運用式(8)計算得出各指標的灰色統(tǒng)計數(shù)，見表7。然后，根據(jù)表7中的灰色統(tǒng)計數(shù)及式(9)，可得出石油安全模糊評價權矩陣R。

表7 石油安全評價指標灰色統(tǒng)計數(shù)

(四)運用模糊評價法計算得出最終評價結果

根據(jù)模糊評價矩陣 C=［C1，C2，C3，C4，C5］=·R，計算并進行歸一化處理得出石油安全模糊評價矩陣 C=［0.068 5 0.128 8 0.554 6 0.175 4 0.0727］。將1996—2017年石油安全評價指標標準化數(shù)據(jù)與石油安全等級灰色統(tǒng)計數(shù)相乘，并進行歸一化處理，由最大隸屬度原則可得出1996—2017年中國石油安全狀態(tài)，見表8。

由表8看出，1996—2017年間中國石油安全程度處于波動狀態(tài)。1996—2013年石油安全狀態(tài)逐漸下降，在這期間隨著中國經濟的快速發(fā)展，石油需求增長速度加快，石油供需缺口逐漸擴大，對外依存度逐年上升，油價不斷攀升，2014年國際油價一直居高不下，油價在110美元/桶左右徘徊，地緣政治風險不斷惡化，生態(tài)環(huán)境也沒有得到很好的改善。2014年后，國際油價大幅度降低，由110多美元/桶降到50～70美元/桶，至今一直處于低價徘徊狀態(tài)，對石油上游產業(yè)產生很大影響，但進口成本相對下降。近年來中國石油對外依存度一直居高不下，2017年中國石油對外依存度達到67.4%，對于中國來講石油安全主要是石油的供給安全問題，因此油價對于中國石油安全的影響是比較大的，相對于2014年以前的高油價時代，2014年后的低油價時期，我國海外的石油供應地區(qū)和渠道都有所增加，因此我國的石油安全形勢有所放緩。由于中國經濟發(fā)展步入了新常態(tài)，石油消費增速趨緩，更加注重能源結構調整，推進能源綠色低碳發(fā)展，因此，2014—2017年石油安全狀態(tài)呈現(xiàn)“一般”狀態(tài)。

表8 1996—2017年中國石油安全等級

五、余論

本文重點是將四元集成及熵技術模型應用到中國石油安全評價，這只是作了一個大膽的嘗試，為我國石油安全評價提供一條新的研究思路和方法。隨著我國石油工業(yè)的不斷發(fā)展，構建的石油安全評價指標體系也有待于進一步完善和發(fā)展，愿本文中應用的思路與相關研究能夠為該領域的進一步研究提供一定的借鑒。

本文研究基于的數(shù)據(jù)是1996—2017年，2018年的中美貿易戰(zhàn)對中國石油安全也帶來了影響，后期筆者將做進一步的研究。